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多功能模块化排爆机器人设计说明书.doc

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多功能模块化排爆机器人设计说明书.doc
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1第一届 xxx 机械创新设计大赛作品说明书多功能模块化排爆机器人参赛学校 xxxx参赛学员 xxxx指导教员 xxxx摘要:地面无人作战平台在现代战争中已经开始扮演着重要的角色,国内外都在对此进行研究。本文依据自主设计并制作的多功能模块化排爆机器人(样机)和相关的战场适应性能试验,主要研究了模块化设计理念在我军未来无人作战装备中的具体实现方案和采用模块化理念设计的无人作战平台对战场、战争环境的适应性。为未来我军无人化装备的设计和生产提供了有益的借鉴。关键词:模块化、多功能、排爆、机器人、无人化一、设计背景目前国内外恐怖主义猖獗,活动类型多样,在很多地区还存在着大量恐怖分子遗留的爆炸物。由于人工排爆存在巨大危险性,排爆机器人已成为反恐作战的重要装备之一。在国外,美军提出并实施了“联合机器人计划”(JRP),国防高级研究计划局提出了“战术移动机器人”(TMR)、 “未来战斗系统” (FCS) 、无人地面战车等项目,目前有 100 多项战斗任务可由机器人承担,如机器人弹药装填手、机器人排雷车、火力支援机器人等。美、英、德、法及日本等国均已经研制出多种型号的地面无人作战平台,有的已在波黑战争和伊拉克战争中使用。除上述国家外,其他国家也在开展地面无人作战平台的研制工作,如加拿大的“改进型地雷探测计划” ,意大利、法国和西班牙联合开展的“先进移动机器人”项目,瑞士的 Pemex 轮式地面无人平台项目,比利时的 HUDEM 项目,西班牙的“罗德”轮式地面无人平台以及俄罗斯的“越野车”-M3 超轻型移动式机器人等。排爆机器人是目前较具研究价值的机器人产品,在反恐怖斗争领域可用来执行诸如反恐排爆的任务,战场上排爆机器人则用以执行诸如排除爆炸物,战场信息收集的任务;稍加改造,即可加装单兵武器用于武装巡逻、战斗值勤等高危险任务。基于军用机器人产品系列化、通用化的需要,在小型移动平台基础上,提出并制作了多功能模块化排爆机器人,其包括履带式底盘、机械手臂、控制系统、侦察系统等,集模块化、多功能、自动控制于一体,可用于各种复杂、危险情况下的可疑危险物品的清理作业,以及代替现场安检人员实地勘察,实时传输现场图像。二、主要设计研究内容本设计主要解决的是该机器人在不同环境条件下的行进与作业。该机器人由履带式底盘、机械手臂、侦察系统、控制系统等四部分组成,通过无线遥控的方式,从而实现对可疑物品的准确抓取与排除。模块化设计理念的具体体现模块化多功能无人作战平台的模块化设计思想主要体现在两个方面:机械部分由模块化底盘、排爆作2业装置等功能模块组成;电子控制部分由底盘控制电路、排爆作业装置控制电路、无线遥控控制电路等多项模块化电子控制电路组成。(1)机械部分设计模块化底盘的设计采用履带式,差速转向。模块化底盘主要包括车架、履带子模块、减震装置设计、云台装置安装区、控制电路安装区等五大部分(块) 。块与块之间要保持功能尽量独立的同时,接口设计还要标准化,以便按照需求模块化维修、更换,从而保证底盘的适应性和良好的可维护性。图 2.1 整体结构排爆作业装置的设计主要包括排爆机械臂和排爆机械手。排爆机械臂结构形式仿照挖掘机作业臂,液压缸由电动推杆代替。排爆机械手采用两指式,四连杆机构,丝杆电机提供动力。图 2.2 履带子模块 图 2.3 履带式底盘履带是采用两个侧板将履带的驱动电机与驱动轮封装在一起,使其与底盘之间可简单地连接来完成车体组装。底盘主要包括与履带连接的减震装置、电池安装区、回转平台安装区、控制电路安装区等四大区域。接口设计标准化以便维修、更换,保证了底盘的适应性和良好的可维护性。采用双履带独立驱动,通3过控制系统使两边履带差速,实现底盘的转向,两边履带分别正转和反转可实现原地转向。图 2.4 机械手指臂 图 2.5 机械爪设计图排爆机器人手臂采用的是 20×20mm 方管材料,动力装置为电动推杆,铰接点采用标准支座和连接销,能满足较高精度的控制需求。排爆机械爪采用四连杆机构,动力系统采用 47 式混合动力步进丝杆电机,从而保证了排爆作业过程的精准高效。(2)电子控制部分设计模块化底盘的控制系统主要包括对两个底盘驱动电机的驱动控制和对回转作业云台的驱动控制。由于底盘驱动电机功率为 250W,采用普通 L298N 难以完成驱动,选用工业上使用的大功率控制器 AQMD3610NS直流电机驱动器。本驱动器支持 9V-36V 宽电压输入,最大 10A 电流输出,支持电位器、0-5V 模拟信号、差分信号、RS485 多种控制方式。本次选用电位器控制,以适应初期状态调试与控制的需要。步进电机的驱动器选用亘恒 H5700 步进电机驱动器,本驱动采用分立元件结构,具有自动半流,过压、过流保护等功能,微步细分数有 14
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